低压交流开关通断检验功率因数测试系统及测试方法与流程

本发明涉及一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统及测试方法。

背景技术：

低压交流开关是电动机控制装置、变频调速装置、照明信号保护装置等设备重要的元器件，在电网中起到控制和保护的双重作用。通断检验是低压交流开关型试件试验的重要检验项目，用于考核其接通与分断电流的能力。现有通断能力检验装置采用刀闸开关人工切换负载阻抗，操作复杂、自动化水平低、可靠性差，电路功率因数测试依靠作图法、附加电源法或直流分量法，测试过程复杂、测试范围小、测试精度低、测试结果偏差较大。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统及测试方法，通过数字信号处理器(dsp)采集试验过程电压和电流信号，经过运算处理后得到试验线路全电路功率因数，解决目前通断检验过程中功率因数测试困难、测试结果精度低等问题，为低压交流开关通断检验技术智能化发展奠定基础。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统，由基本电路和特征电路构成，基本电路包括由试验电源顺序电连接第一开关柜、冲击试验变压器、前级负载阻抗及igbt阵列a、第二开关柜、前级陪试、被检验低压交流开关、后级陪试、后级负载阻抗及igbt阵列b、接地装置构成的低压交流开关通断检验试验电路，plc分别电连接第一开关柜、通讯模块、电源模块、控制面板、编程接口、第二开关柜、继电器a、继电器c、时间检测模块、继电器b，通讯模块顺序电连接工业计算机、打印机，继电器a电连接前级陪试，继电器b电连接后级陪试，继电器c、时间检测模块分别电连接被检验低压交流开关，特点在于：特征电路包括plc还分别电连接隔离放大电路a、隔离放大电路b、dsp，隔离放大电路a电连接前级负载阻抗及igbt阵列a，隔离放大电路b电连接后级负载阻抗及igbt阵列b，dsp通过电流检测模块、电压检测模块分别电连接被检验低压交流开关。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b结构包括顺序电连接于后级陪试的电阻回路、电感回路，电阻回路包括每个电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6两端通过对应的igbt1、igbt7，igbt2、igbt8，igbt3、igbt9，igbt4、igbt10，igbt5、igbt11并联连接，并由隔离放大电路b信号输出端分别通过b1、b2、b3、b4、b5、b7、b8、b9、b10、b11接入，电阻r5右端与电阻r6左端通过igbt6连接，并由隔离放大电路b信号输出端通过b6接入，电感回路包括每个电感l1、l2、l3、l4、l5、l6两端通过对应的igbt12、igbt17，igbt13、igbt18，igbt14、igbt19，igbt15、igbt20，igbt16、igbt21并联连接，并由隔离放大电路b信号输出端分别通过b12、b13、b14、b15、b16、b17、b18、b19、b20、b21接入，电感l5右端与电感l6左端通过igbt22连接，并由隔离放大电路b信号输出端通过b22接入。

其中：前级负载阻抗及igbt阵列a结构原理与后级负载阻抗及igbt阵列b结构原理相同，前级陪试与后级陪试结构相同。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b结构中的电阻个数与对应的igbt个数可增减，电感个数与对应的igbt个数也可增减。

其中：控制面板上主要包括电源模块开关、第一开关柜控制按钮、第二开关柜控制按钮、触摸屏。

一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统的测试方法，包括测试前先确定低压交流开关的接线正确，特点在于：按动控制面板上的电源模块开关，根据实验类型设置预期功率因数，按动控制面板上的第一开关柜控制按钮，plc发送控制指令第一开关柜合闸，按动控制面板上的第二开关柜控制按钮，plc发送控制指令第二开关柜合闸，点动控制面板上触摸屏中开始按钮，软件程序自动控制功率因数测试过程如下，接通试验时，合或分闸时顺序均为前级陪试、后级陪试、低压交流开关，功率因数测试完成后按第二开关柜、第一开关柜、电源模块顺序断开，测试过程中plc和dsp采集测试系统电压、电流和时间信号，经通讯模块反馈给工业计算机，实现数据显示、储存，经打印机打印结果。

其中：软件程序自动控制功率因数测试，用双向脉冲计数法求功率因数，测试开始低压交流开关处于断开状态，回路中没有电流，比较相邻两个电压峰值在空载电压达到稳态后，在电压信号从负值到零点的时刻m点发送第一个脉冲信号，然后在每一个电压从负值到零点的时刻发送脉冲信号，直到电压消失前一个从负值到零点的时刻q点，测试回路中通入电流后电压信号消失，比较相邻两个电流峰值在回路电流信号达到稳态后电流从负值到零点的时刻n发送一个脉冲信号至时刻n+1，计算脉冲信号时间间隔t为试验电流周期，在n时刻向时刻q点方向以t为周期模拟计算脉冲信号，直到在电流起始位置前p时刻截止，p点到q点的时间对应的相角的余弦值为该测试回路的功率因数具体计算公式为公式中，t1为m点和n点之间时间，单位为ms；t2为m点和q点之间时间，单位为ms；t3为p点和n点之间时间，单位为ms；t为正弦交流电周期，单位为ms；2π为正弦交流电周期角度，π＝180°。

本发明的有益效果是：本发明实现了低压交流开关通断检验过程功率因数智能化测试，主要替代了作图法、附加电源法或直流分量法，测试过程简单、测试范围大、测试精度高、测试结果偏差微小，同时采用igbt阵列调节试验线路功率因数，替代刀闸开关人工切换负载阻抗，操作简单、自动化水平高、可靠性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为低压交流开关通断检验功率因数测试系统结构图；

图2为接通试验低压交流开关与前级陪试控制信号顺序图；

图3为分断试验低压交流开关与前级陪试控制信号顺序图；

图4为通断试验低压交流开关与前级陪试控制信号顺序图；

图5后级负载阻抗和igbt阵列b原理图；

图6双向脉冲计数法功率因数测试示意图。

图中：1.第一开关柜，2.冲击试验变压器，3.第二开关柜，4.前级负载阻抗及igbt阵列a，5.工业计算机，6.通讯模块，7.电源模块，8.控制面板，9.编程接口，10.打印机，11.dsp(数字信号处理器)，12.前级陪试，13.继电器a，14.电流检测模块，15.接地装置，16.后级负载阻抗及igbt阵列b，17.后级陪试，18.低压交流开关，19.时间检测模块，20.电压检测模块，21.继电器b，22.隔离放大电路b，24.继电器c，25.电阻回路，26.电感回路，30.隔离放大电路a，100.plc(可编程控制器)。

具体实施方式

第一实施例

参见图1、图5，一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统，由基本电路和特征电路构成，基本电路包括由试验电源23顺序电连接第一开关柜1、冲击试验变压器2、前级负载阻抗及igbt阵列a4、第二开关柜3、前级陪试12、被检验低压交流开关18、后级陪试17、后级负载阻抗及igbt阵列b16、接地装置15构成的低压交流开关18通断检验试验电路，plc100分别电连接第一开关柜1、通讯模块6、电源模块7、控制面板8、编程接口9、第二开关柜3、继电器a13、继电器c24、时间检测模块19、继电器b21，通讯模块6顺序电连接工业计算机5、打印机10，继电器a13电连接前级陪试12，继电器b21电连接后级陪试17，继电器c24、时间检测模块19分别电连接被检验低压交流开关18，特点在于：特征电路包括plc还分别电连接隔离放大电路a30、隔离放大电路b22、dsp11(数字信号处理器)，隔离放大电路a30电连接前级负载阻抗及igbt阵列a4，隔离放大电路b22电连接后级负载阻抗及igbt阵列b16，dsp11(数字信号处理器)通过电流检测模块14、电压检测模块20分别电连接被检验低压交流开关18。

第二实施例

参见图1、图5，一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统，由基本电路和特征电路构成，基本电路包括由试验电源23顺序电连接第一开关柜1、冲击试验变压器2、前级负载阻抗及igbt阵列a4、第二开关柜3、前级陪试12、被检验低压交流开关18、后级陪试17、后级负载阻抗及igbt阵列b16、接地装置15构成的低压交流开关18通断检验试验电路，plc100分别电连接第一开关柜1、通讯模块6、电源模块7、控制面板8、编程接口9、第二开关柜3、继电器a13、继电器c24、时间检测模块19、继电器b21，通讯模块6顺序电连接工业计算机5、打印机10，继电器a13电连接前级陪试12，继电器b21电连接后级陪试17，继电器c24、时间检测模块19分别电连接被检验低压交流开关18，特点在于：特征电路包括plc还分别电连接隔离放大电路a30、隔离放大电路b22、dsp11(数字信号处理器)，隔离放大电路a30电连接前级负载阻抗及igbt阵列a4，隔离放大电路b22电连接后级负载阻抗及igbt阵列b16，dsp11(数字信号处理器)通过电流检测模块14、电压检测模块20分别电连接被检验低压交流开关18。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b16结构包括顺序电连接于后级陪试17的电阻回路25、电感回路26，电阻回路25包括每个电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6两端通过对应的igbt1、igbt7，igbt2、igbt8，igbt3、igbt9，igbt4、igbt10，igbt5、igbt11并联连接，并由隔离放大电路b信号输出端分别通过b1、b2、b3、b4、b5、b7、b8、b9、b10、b11接入，电阻r5右端与电阻r6左端通过igbt6连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b6接入，电感回路26包括每个电感l1、l2、l3、l4、l5、l6两端通过对应的igbt12、igbt17，igbt13、igbt18，igbt14、igbt19，igbt15、igbt20，igbt16、igbt21并联连接，并由隔离放大电路b22信号输出端分别通过b12、b13、b14、b15、b16、b17、b18、b19、b20、b21接入，电感l5右端与电感l6左端通过igbt22连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b22接入。

第三实施例

参见图1、图5，一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统，由基本电路和特征电路构成，基本电路包括由试验电源23顺序电连接第一开关柜1、冲击试验变压器2、前级负载阻抗及igbt阵列a4、第二开关柜3、前级陪试12、被检验低压交流开关18、后级陪试17、后级负载阻抗及igbt阵列b16、接地装置15构成的低压交流开关18通断检验试验电路，plc100分别电连接第一开关柜1、通讯模块6、电源模块7、控制面板8、编程接口9、第二开关柜3、继电器a13、继电器c24、时间检测模块19、继电器b21，通讯模块6顺序电连接工业计算机5、打印机10，继电器a13电连接前级陪试12，继电器b21电连接后级陪试17，继电器c24、时间检测模块19分别电连接被检验低压交流开关18，特点在于：特征电路包括plc还分别电连接隔离放大电路a30、隔离放大电路b22、dsp11(数字信号处理器)，隔离放大电路a30电连接前级负载阻抗及igbt阵列a4，隔离放大电路b22电连接后级负载阻抗及igbt阵列b16，dsp11(数字信号处理器)通过电流检测模块14、电压检测模块20分别电连接被检验低压交流开关18。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b16结构包括顺序电连接于后级陪试17的电阻回路25、电感回路26，电阻回路25包括每个电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6两端通过对应的igbt1、igbt7，igbt2、igbt8，igbt3、igbt9，igbt4、igbt10，igbt5、igbt11并联连接，并由隔离放大电路b信号输出端分别通过b1、b2、b3、b4、b5、b7、b8、b9、b10、b11接入，电阻r5右端与电阻r6左端通过igbt6连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b6接入，电感回路26包括每个电感l1、l2、l3、l4、l5、l6两端通过对应的igbt12、igbt17，igbt13、igbt18，igbt14、igbt19，igbt15、igbt20，igbt16、igbt21并联连接，并由隔离放大电路b22信号输出端分别通过b12、b13、b14、b15、b16、b17、b18、b19、b20、b21接入，电感l5右端与电感l6左端通过igbt22连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b22接入。

其中：前级负载阻抗及igbt阵列a4结构原理与后级负载阻抗及igbt阵列b16结构原理相同，前级陪试12与后级陪试17结构相同。

第四实施例

参见图1、图5，一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统，由基本电路和特征电路构成，基本电路包括由试验电源23顺序电连接第一开关柜1、冲击试验变压器2、前级负载阻抗及igbt阵列a4、第二开关柜3、前级陪试12、被检验低压交流开关18、后级陪试17、后级负载阻抗及igbt阵列b16、接地装置15构成的低压交流开关18通断检验试验电路，plc100分别电连接第一开关柜1、通讯模块6、电源模块7、控制面板8、编程接口9、第二开关柜3、继电器a13、继电器c24、时间检测模块19、继电器b21，通讯模块6顺序电连接工业计算机5、打印机10，继电器a13电连接前级陪试12，继电器b21电连接后级陪试17，继电器c24、时间检测模块19分别电连接被检验低压交流开关18，特点在于：特征电路包括plc还分别电连接隔离放大电路a30、隔离放大电路b22、dsp11(数字信号处理器)，隔离放大电路a30电连接前级负载阻抗及igbt阵列a4，隔离放大电路b22电连接后级负载阻抗及igbt阵列b16，dsp11(数字信号处理器)通过电流检测模块14、电压检测模块20分别电连接被检验低压交流开关18。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b16结构包括顺序电连接于后级陪试17的电阻回路25、电感回路26，电阻回路25包括每个电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6两端通过对应的igbt1、igbt7，igbt2、igbt8，igbt3、igbt9，igbt4、igbt10，igbt5、igbt11并联连接，并由隔离放大电路b信号输出端分别通过b1、b2、b3、b4、b5、b7、b8、b9、b10、b11接入，电阻r5右端与电阻r6左端通过igbt6连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b6接入，电感回路26包括每个电感l1、l2、l3、l4、l5、l6两端通过对应的igbt12、igbt17，igbt13、igbt18，igbt14、igbt19，igbt15、igbt20，igbt16、igbt21并联连接，并由隔离放大电路b22信号输出端分别通过b12、b13、b14、b15、b16、b17、b18、b19、b20、b21接入，电感l5右端与电感l6左端通过igbt22连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b22接入。

其中：前级负载阻抗及igbt阵列a4结构原理与后级负载阻抗及igbt阵列b16结构原理相同，前级陪试12与后级陪试17结构相同。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b16结构中的电阻个数与对应的igbt个数可增减，电感个数与对应的igbt个数也可增减。

第五实施例

参见图1、图5，一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统，由基本电路和特征电路构成，基本电路包括由试验电源23顺序电连接第一开关柜1、冲击试验变压器2、前级负载阻抗及igbt阵列a4、第二开关柜3、前级陪试12、被检验低压交流开关18、后级陪试17、后级负载阻抗及igbt阵列b16、接地装置15构成的低压交流开关18通断检验试验电路，plc100分别电连接第一开关柜1、通讯模块6、电源模块7、控制面板8、编程接口9、第二开关柜3、继电器a13、继电器c24、时间检测模块19、继电器b21，通讯模块6顺序电连接工业计算机5、打印机10，继电器a13电连接前级陪试12，继电器b21电连接后级陪试17，继电器c24、时间检测模块19分别电连接被检验低压交流开关18，特点在于：特征电路包括plc还分别电连接隔离放大电路a30、隔离放大电路b22、dsp11(数字信号处理器)，隔离放大电路a30电连接前级负载阻抗及igbt阵列a4，隔离放大电路b22电连接后级负载阻抗及igbt阵列b16，dsp11(数字信号处理器)通过电流检测模块14、电压检测模块20分别电连接被检验低压交流开关18。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b16结构包括顺序电连接于后级陪试17的电阻回路25、电感回路26，电阻回路25包括每个电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6两端通过对应的igbt1、igbt7，igbt2、igbt8，igbt3、igbt9，igbt4、igbt10，igbt5、igbt11并联连接，并由隔离放大电路b信号输出端分别通过b1、b2、b3、b4、b5、b7、b8、b9、b10、b11接入，电阻r5右端与电阻r6左端通过igbt6连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b6接入，电感回路26包括每个电感l1、l2、l3、l4、l5、l6两端通过对应的igbt12、igbt17，igbt13、igbt18，igbt14、igbt19，igbt15、igbt20，igbt16、igbt21并联连接，并由隔离放大电路b22信号输出端分别通过b12、b13、b14、b15、b16、b17、b18、b19、b20、b21接入，电感l5右端与电感l6左端通过igbt22连接，并由隔离放大电路b22信号输出端通过b22接入。

其中：前级负载阻抗及igbt阵列a4结构原理与后级负载阻抗及igbt阵列b16结构原理相同，前级陪试12与后级陪试17结构相同。

其中：后级负载阻抗及igbt阵列b16结构中的电阻个数与对应的igbt个数可增减，电感个数与对应的igbt个数也可增减。

其中：控制面板8上主要包括电源模块7开关、第一开关柜1控制按钮、第二开关柜3控制按钮、触摸屏。

第六实施例

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统的测试方法，包括测试前先确定低压交流开关18的接线正确，特点在于：按动控制面板8上的电源模块7开关，根据实验类型设置预期功率因数，如0.35，按动控制面板8上的第一开关柜1控制按钮，plc100发送控制指令第一开关柜1合闸，按动控制面板8上的第二开关柜3控制按钮，plc100发送控制指令第二开关柜3合闸，点动控制面板8上触摸屏中开始按钮，软件程序自动控制功率因数测试过程如下，接通试验时，合或分闸时顺序均为前级陪试12、后级陪试17、低压交流开关18，功率因数测试完成后按第二开关柜3、第一开关柜1、电源模块7顺序断开，测试过程中plc100和dsp11采集测试系统电压、电流和时间信号，经通讯模块6反馈给工业计算机5，实现数据显示、储存，经打印机10打印结果。

第七实施例

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种低压交流开关通断检验功率因数测试系统的测试方法，包括测试前先确定低压交流开关18的接线正确，特点在于：按动控制面板8上的电源模块7开关，根据实验类型设置预期功率因数，如0.38，按动控制面板8上的第一开关柜1控制按钮，plc100发送控制指令第一开关柜1合闸，按动控制面板8上的第二开关柜3控制按钮，plc100发送控制指令第二开关柜3合闸，点动控制面板8上触摸屏中开始按钮，软件程序自动控制功率因数测试过程如下，接通试验时，合或分闸时顺序均为前级陪试12、后级陪试17、低压交流开关18，功率因数测试完成后按第二开关柜3、第一开关柜1、电源模块7顺序断开，测试过程中plc100和dsp11采集测试系统电压、电流和时间信号，经通讯模块6反馈给工业计算机5，实现数据显示、储存，经打印机10打印结果。

其中：软件程序自动控制功率因数测试，用双向脉冲计数法求功率因数，测试开始低压交流开关18处于断开状态，回路中没有电流，比较相邻两个电压峰值在空载电压达到稳态后，在电压信号从负值到零点的时刻m点发送第一个脉冲信号，然后在每一个电压从负值到零点的时刻发送脉冲信号，直到电压消失前一个从负值到零点的时刻q点，测试回路中通入电流后电压信号消失，比较相邻两个电流峰值在回路电流信号达到稳态后电流从负值到零点的时刻n发送一个脉冲信号至时刻n+1，计算脉冲信号时间间隔t为试验电流周期，在n时刻向时刻q点方向以t为周期模拟计算脉冲信号，直到在电流起始位置前p时刻截止，p点到q点的时间对应的相角的余弦值为该测试回路的功率因数具体计算公式为

公式中，t1为m点和n点之间时间，单位为ms；t2为m点和q点之间时间，单位为ms；t3为p点和n点之间时间，单位为ms；t为正弦交流电周期，单位为ms；2π为正弦交流电周期角度，π＝180°。